一种地表几何粗糙度测量装置的制作方法

本发明涉及微波遥感地面测量仪器领域，特别是涉及一种地表几何粗糙度测量装置。

背景技术：

微波遥感由于其与生俱来的穿透性及主动性特点而得到越来越多的研究。对地微波遥感中，地表粗糙度是重要的输入参量之一。地表几何粗糙度可以用地表均方根高度s和自相关长度l来描述，这两个参数分别从垂直和水平的尺度上对地表粗糙度进行了限定，获取更有代表性的均方根高度与相关长度，是地表微波后向散射计算正确与否的决定因素之一。

地表几何粗糙度在农业、土壤学、天气与气候预测、地质等应用领域有重要的应用。在农业和土壤学方面，粗糙度对入渗、洪水和土壤侵蚀过程都有影响；在气候和天气预报领域，土壤贮存和蒸发水分也有赖于地表粗糙度情况；在地质学方面，可以依据表面粗糙度情况判断风蚀砂石的地质元素信息。微波遥感领域通常用到的是几何粗糙度。在微波遥感反演地表参数研究的发展历程中，地表粗糙度一直以来都是研究的重点，只有将地表粗糙度的问题解决之后，才能够建立正确的地表微波散射模型，有效地开展参数反演工作。

微波遥感领域一直用基于单尺度的均方根高度和相关长度来描述垂直与水平表面粗糙度，实践中发现这两个参数不是固定的，依赖于测量剖面的长度和测量细分程度。如对于相关长度很大的平滑土壤表面，应用只有几米级量测范围的测量剖面长度来估计它的大小是值得怀疑的，因为太复杂，目前还没有发展出以测量尺度推导到应用尺度的表面粗糙度测量技术。

目前测量表面粗糙度主要有标杆法、数字摄像测量和激光扫描等方法。应用标杆法测量具有设备简单、易于操作、费用低廉等优点，缺点在于原始高度数据由标杆上端和刻度尺比对获得，其精度较低，约为1cm，而且该方法属于接触测量，不仅效率低，甚至有可能改变土壤形态特征。中国科学院遥感应用研究所的王刚对这种方法进行了改进，在一块木板上画好刻度，插入土壤中直接测量土壤高度。为了均匀采样，通常是在不同地形的土壤中插入刻度板，拍成照片，然后人工判读记录。将激光扫描测距技术应用于土壤表面形态测量，近年来国外已有报道。中国农业大学蔡祥等设计的基于激光反射的土壤表面粗糙度测量装置主要由激光测距传感器，X/Y轴导轨与对应导轨上的直流电动机、相对位置传感器和滑块以及数据采集/控制器和上位机等组成。测量过程中激光测距传感器随两个直流电动机按照上位机设定的轨迹行进，获取的原始测量数据连同相对位置信息经串口发送至上位机，针对裸露地表的测量获取了较好的精度。

地表粗糙度的测量要求快速、准确、尽量减少对源地表的破坏，另外，粗糙度测量实验一般在野外展开，交通不便，这就要求测量仪器要具有便携、可靠、精度高、适应性强的特点。我们在大量的试验中发现，在野外测量时往往有野草，采用激光方式获取的数据不可靠，另外，野外环境中对仪器设备的轻便性要求极高，传统的板式和针式粗糙度板体积仍然较大，长和宽分别达到1.2m和0.6m，携带运输存在很大的不方便。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种地表几何粗糙度测量装置，重点解决野外实验时体积较大，不容易携带和运输的问题；另外，需要解决传统针式粗糙度板不能应用于松软土壤测量的问题。发明的装置具有便携性、可靠性高、适应性强等特点。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种地表几何粗糙度测量装置，其包括：

上下两个弧形断面支撑尺；一组固定于弧形断面支撑尺上的导向槽座；一组探针；固定两个弧形断面支撑尺的两个侧边支撑杆；连接两个侧边支撑杆的横杆；位于横杆上的水平泡；多组不同尺寸的接触靴；固定于侧边支撑杆上的背景黑布。

弧形断面支撑尺是断面为弧形的可卷曲的带钢，方便卷曲(运输与携带状态)与拉直(测量工作状态)。

导向槽座按照固定的间隔排列固定于弧形断面支撑尺上，该导向槽座上有导向孔，方便探针在导向孔内上下移动，分别固定于上下两个弧形断面支撑尺上的具有相同横向位置的上下两个导向槽座可以控制一个探针的上下运动轨迹为直线；导向槽座与弧形断面支撑尺的固定方式为铆接或者粘接。

两个侧边支撑杆分别与两个弧形断面支撑尺的两端固定，形成一个四边形结构框架；两个侧边支撑杆内部有可调节长度的内杆，可以调节离地长度，并由锁紧螺母锁紧；侧边支撑杆中间有个槽，用来安装横杆。

横杆为一可拆卸的支撑杆，测量时可以插入侧边支撑杆的槽中，将上下两个弧形断面支撑尺撑开，保证上下两个弧形断面支撑尺绷直；水平泡位于横杆中心；横杆由多个小段以螺纹方式连接而成。

接触靴与探针用螺纹连接，根据测量地表不同可以更换不同尺寸的接触靴；接触靴底部的直径尺寸范围为2.2-5mm。

探针的顶端为白色的定位帽，配合背面的黑布，方便拍照后的图像处理。

测量时，将横杆插入侧边支撑杆的槽中，弧形断面支撑尺撑直，并通过调整侧边支撑杆的内杆长度，调节离地高度，同时观察水平泡使整个装置保持水平，整个结构为一四边形结构；然后实验人员在前方拍照，获取现场图像；运输携带时，将横杆取出并且分解为小段，侧边支撑杆的内杆收回，将两个侧边支撑杆沿着弧形断面支撑尺卷动，可以将整个测量装置卷为很小的体积，方便携带和运输。

(三)有益效果

上述技术方案所提供的一种地表几何粗糙度测量装置，该装置运输时可以卷曲，减少体积方便运输和携带，测量时方便调整，可保证精度，该仪器机械结构简单、轻巧便携、成本低、测量精度高，通过更换不同的接触靴，可应用于不同的地表，如在松软的沙土测量时，可以更换为尺寸较大的接触靴，防止探针插入沙土，导致测量错误，当测量沙石地表时，可以更换为较小的接触靴，提高对地形的吻合度和测量准确性。可以用于农业、土壤学、天气预测、地质、微波遥感等应用领域中对地表粗糙度的测量。

附图说明

图1是本发明实施例的一种地表几何粗糙度测量装置的整体结构示意图；

图2是本发明实施例的一种地表几何粗糙度测量装置的横杆原理示意图；

图3是本发明实施例的一种地表几何粗糙度测量装置的卷曲后的原理示意图；

其中，1：上弧形断面支撑尺；2：下弧形断面支撑尺；3：导向槽座；4：探针；5：横杆；6：水平泡；7：侧边支撑杆；8：槽；9：内杆；10：锁紧螺母；11：接触靴；12：定位帽；13：背景黑布；14：内螺纹；15：外螺纹；16：横杆小段。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

结合图1至图3所示，本发明实施例提供了一种地表几何粗糙度测量装置，包括：上下两个弧形断面支撑尺1和2；一组固定于弧形断面支撑尺上的导向槽座3；一组探针4；固定两个弧形断面支撑尺的两个侧边支撑杆7连接两个侧边支撑杆的横杆5；位于横杆上的水平泡6；多组不同尺寸的接触靴11；固定于侧边支撑杆上的背景黑布13。需要指出的是，为了更多显示细节，图1只是给出了粗糙度板的部分结构，该粗糙度板是左右对称的。

结合图1和图3，弧形断面支撑尺是断面为弧形的可卷曲的带钢，方便卷曲(运输与携带状态)与拉直(测量工作状态)，特别地，根据微波实验粗糙度的测量要求，弧形断面支撑尺的长度为1～2米。利用弧形断面支撑尺的容易卷曲的特点，不测量时可以将测量装置整体进行卷曲，相比传统的板式粗糙度板极大减少运输体积。

导向槽座按照固定的间隔排列固定于弧形断面支撑尺上，该导向槽座上有导向孔，方便探针在导向孔内上下移动，分别固定于上下两个弧形断面支撑尺上的具有相同横向位置的上下两个导向槽座可以控制一个探针的上下运动轨迹为直线；导向槽座与弧形断面支撑尺的固定方式为铆接或者粘接，特别地，根据微波实验粗糙度的测量要求，导向槽座的间隔为1厘米。

两个侧边支撑杆分别与两个弧形断面支持尺的两端固定，形成一个四边形结构框架；两个侧边支撑杆内部有可调接长度的内杆，可以调节离地长度，并由锁紧螺母锁紧；侧边支撑杆中间有个槽，用来安装横杆。

结合图2，横杆为一可拆卸的支撑杆，测量时可以插入侧边支撑杆的槽中，将上下两个弧形断面支撑尺撑开，保证上下两个弧形断面支撑尺绷直；水平泡位于横杆中心；横杆由多个小段以螺纹方式连接而成。

接触靴与探针用螺纹连接，根据测量地表不同可以更换不同尺寸的接触靴；接触靴底部的直径尺寸范围为2.2-5mm。通过更换不同的接触靴，可应用于不同的地表，如在松软的沙土测量时，可以更换为尺寸较大的接触靴，防止探针插入沙土，导致测量错误，当测量沙石地表时，可以更换为较小的接触靴，提高对地形的吻合度和测量准确性。

探针的顶端为白色的定位帽，配合背面的黑布，方便拍照后的图像处理。

本实施例的具体工作过程为：测量时，将横杆插入侧边支撑杆的槽中，弧形断面支撑尺撑直，并通过调整侧边支撑杆的内杆长度，调节离地高度，同时观察水平泡使整个装置保持水平，整个结构为一四边形结构；然后实验人员在前方拍照，获取现场图像；运输携带时，将横杆取出并且分解为小段，侧边支撑杆的内杆收回，将两个侧边支撑杆沿着弧形断面支撑尺卷动，可以将整个测量装置卷为很小的体积，方便携带和运输，如图3所示。

由以上实施例可以看出，本发明实施例提供了一种地表几何粗糙度测量装置，并主要包括上下两个弧形断面支撑尺、一组固定于弧形断面支撑尺上的导向槽座、一组探针、固定两个弧形断面支撑尺的两个侧边支撑杆、连接两个侧边支撑杆的横杆、位于横杆上的水平泡、多组不同尺寸的接触靴、固定于侧边支撑杆上的背景黑布，采用本发明的结构及方案，重点解决了收纳时的便携性问题以及通过更换接触靴提高适应性问题。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。